هل يمكن أن تفك Diamonds قفل الحوسبة الكمومية المُحسّنة ل Qubits؟

استخدام الماس في الحوسبة الكمومية

على عكس الحواسيب العادية التي تستخدم البتات (0 و 1)، تستخدم الحواسيب الكمومية “qubits”. يمكن أن توجد Qubits في حالات متعددة في نفس الوقت بفضل خاصتين كموميتين: التراكب والارتباط.

• التراكب يسمح ل Qubits بالتمثيل كلا 0 و 1 في نفس الوقت، مما يزيد بشكل كبير من البيانات التي يمكن معالجتها مقارنة بالبتات الكلاسيكية.
• الارتباط يربط Qubits بطرق تجعل حالة Qubit واحدة تؤثر بشكل فوري على أخرى، حتى على مسافات كبيرة.

تسمح هذه الخصائص لوحدات المعالجة الكمومية (QPUs) بحل مشاكل معقدة للغاية بشكل أسرع من الحواسيب الكلاسيكية من خلال استكشاف حلول متعددة في نفس الوقت.

“ميزة Qubits هي أنها يمكن أن تحتوي على المزيد من المعلومات مقارنة بالبتات العادية. هذا يعني أنها يمكن أن توفر لنا أيضًا المزيد من المعلومات حول بيئتها، مما يجعلها قيمة للغاية كأجهزة استشعار، على سبيل المثال.”

然而، Qubits شديدة الهشاشة، وقياس خصائصها ليس مهمة سهلة.

فماذا لو اعتمدنا على أحد أقسى المواد على الأرض – الماس – لأداء مهام في حواسيبنا الأكثر تقدمًا؟ هذا هو رؤية الباحثين في جامعة برينستون، الذين نشروا مؤخرًا في Diamond And Related Materials، تحت عنوان “نموذج الكيمياء الكمومية للتفاعلات السطحية ونموذج الحركية لنمو الماس: تأثير الراديكاليات CH3 والجزيئات C2H2 عند درجات حرارة منخفضة CVD¹“.

نمو الماس عند الطلب

الماس، الذي كان تاريخيًا حجرًا طبيعيًا فقط، يتم تصنيعه الآن في الغالب من الكربون الخام. ومع ذلك، يتطلب هذا العملية حرارة وضغط شديدين، لذلك لا يمكن دمجه مع مواد أخرى مثل السيليكون المستخدمة في رقائق الحواسيب. لهذا، يُستخدم تصنيع الماس عند درجات حرارة منخفضة.

تم استكشاف بعض الطرق بالفعل، مثل استخدام الأسيتيلين وتقنية “الترسيب الكيميائي بالبلازما المعززة”.

درجة حرارة جولديلوكس والهيدروجين

وجد الباحثون أن هناك درجة حرارة دقيقة تُنشئ الماس. فوق هذه الدرجة الحرجة، يساهم الأسيتيلين بشكل رئيسي في نمو الماس. تحت هذه الدرجة الحرجة، يساهم الأسيتيلين بشكل رئيسي في نمو السخام.

الماس الكمومي

الماس البسيط الذي يتم صنعه فقط من الكربون يمكن أن يكون بعض التطبيقات في البصريات وأجهزة الاستشعار. ولكن أشكال الماس الأكثر تقدمًا يمكن أن تكون أكثر فائدة.

على سبيل المثال، يتم تصنيع الماس الكمومي عند استبدال بعض ذرات الكربون التي تشكل الماس بذرات أخرى، مثل النيتروجين، وإزالة بعض ذرات الكربون الأخرى. هذا يخلق ما يسمى “نقص النيتروجين” (NV).

في مثل هذا الماس، يبدأ الإلكترونات في اتباع قواعد الكمومية بدلاً من الفيزياء الكلاسيكية، مما يمكن أن يستخدم لإنشاء Qubits.

تحسين وصفة الماس

حتى الآن، كانت طريقة استخدام البلازما لإنشاء الماس بعيدة عن الدقة. كانت تستخدم الكثير من التجربة والخطأ، لأن نظرية ما يحدث بالضبط على سطح الماس ليست مفهومة جيدًا.

حواسيب كمومية جديدة

تم بناء الحواسيب الكمومية حتى الآن باستخدام طرق معروفة تنبع من أساليب التصنيع التقليدية المستخدمة في صناعة أشباه الموصلات. ولكن مع تكنولوجيا الكمومية المختلفة جدًا عن الحوسبة العادية، من المنطقي أن المواد الجديدة هي الأفضل من المواد التقليدية مثل السيليكون.

يمكن أن تشمل هذه المواد الماس، الذي قد يسمح في يوم ما بإجراء الحوسبة الكمومية عند درجة حرارة الغرفة، وهو ما سوف يقلل التكاليف بشكل كبير ويساعد في إنشاء حواسيب كمومية أكبر.

“إنشاء محاكي كمومي مع أكثر من 50 qubit وحاسوب كمومي عند درجة حرارة الغرفة يفتح الباب لتوسيع نطاق عدد Qubits، مثل 100 أو 1000، وهو ما سيكون مغيرًا للعبة في مجالات مثل التشفير والذكاء الاصطناعي وعلوم المواد.”

استثمار في الحوسبة الكمومية

الحوسبة الكمومية لم تكتمل بعد ولكنها جذبت بالفعل انتباه كل شركة حاسوب كبيرة ساهمت في ثورة السيليكون حتى الآن.

قد تكون محدودة دائمًا بالتطبيقات المتخصصة أكثر من أن تحل محل حواسيبنا، ولكنها يمكن أن تصبح أداة أساسية في نمذجة الفيزياء والبيولوجيا وعلوم المواد والتشفير والتطبيقات العسكرية.

يمكنك الاستثمار في شركات الحوسبة الكمومية من خلال العديد من الوسطاء، ويمكنك العثور هنا، على securities.io، توصياتنا لأفضل الوسطاء في الولايات المتحدة، كندا، أستراليا، المملكة المتحدة، بالإضافة إلى العديد من البلدان الأخرى.

شركات الحوسبة الكمومية

شركة آي بي إم كانت القوة الرائدة وراء تسويق أول حاسوب رئيسي.

然而، فقد تراجعت مؤخرًا في إنتاج حجم التكنولوجيا الجديدة منbehind شركات تكنولوجيا أخرى مثل آبل (AAPL )، TSMC (TSM )، وNVIDIA (NVDA ).

ومع ذلك، فهي في طليعة تطوير الحواسيب الكمومية. على سبيل المثال، طورت حاسوبها الكمومي “Eagle” ذو 127 qubit، تلاه نظام 433 qubit يعرف باسم “Osprey”.

مرجع الدراسة:

^{1. Barsukov, Y., Kaganovich, I. D., Mokrov, M., & Khrabry, A. (2024). Quantum chemistry model of surface reactions and kinetic model of diamond growth: Effects of CH₃ radicals and C₂H₂ molecules at low-temperature CVD. Diamond and Related Materials, 149, 111577. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2024.111577}

^{2. McCloskey, D. J., Stacey, A., de Leon, N. P., & Kaganovich, I. D. (2024). Methods for color center preserving hydrogen-termination of diamond. Advanced Materials Interfaces, 11(24), 202400242. https://doi.org/10.1002/admi.202400242}